Трансформации дефектных структур конденсированных сред и механизмы пластической деформации некристаллических металлов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

РГ6 од

2 Я -СйП Ш

РОССИЙСКАЯ АКАДШЯ НАУК ИНСТИТУТ ПР0ШМ МАПЙНСВШШЯ

На правах рукописи

I

* -

ШИЙКО Илья Анатольевич

УДК. 639. Э; 548

' х 7РАН050ШАЦИИ ДЩКЯШ СВРУКДО' ' 'КОНШСИРШАШК СРЕЦ И МЕХАШЗМЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДМОРМАЦИИ НЮТСШШКИИХ МЕТАЛЛ®

Специальности: 01.02.04 - механика депортируемого

тев^дого. тела, (Я.04.07 - фвкка твердсто тела .

. Автореферат диссертации ' «а.соискание ученой отёпеии доктора. №зико-математяческих наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в Институте проблем машиноведами РооскЗоксЙ -Академии наук /Санкт-Петербург/.

Ойщиалыые опповеты: доктор физ.-мат.наук Аэро 2.1. доктор ($из.-мат. наук, ироф. Одемской А.И. доктор ^з.-мат.вг^к, проф.. 1йгшин Ю.2.

Ка^уиая организация - Санкт-Петербургский государственный ■ университет.

.¡Защита, состоится 6 октября 1993 г. .вчасов на заседании слецтаизщ? свайного с света Д 200.17.01 Института проблем машиноведа Ш1Я Р;Д по йдрзсу: IS9 178 С.-Петербург, В.О., Бодшой црооЕвкг, 61. '

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, вавереншй печатью-' учреждения,'аросвм направлять в адрес Совета.

С дкссертацзей м.тано сзнаксщтЬя в ОНИ Института проблем . ыапиназедения РАН. • , ' . . .

Автореферат разослан "í:f " ctM-u.it rr^ IS93 г.

Учений секретарь спецалнзированнсго -сшёта Д 200.17.01, каад.хш,наук

В.Л.Глииив

ОЩАЯ ХАРАКГРГИСТНКЛ РАБОТЫ

Актуальность темы. Конденсированные среды (кристаллы, стекла, ква-икрйсгаллы, жидкие' кристаЛлй, магнетики, сверхтекучие жидкости) пред-тавляют робой,один .из основных объектов- теоретических и экслеримекта-ьнц'х- исследований йехсщти л'/$знки., что'обусловлено огромным наро-ВоЗсозяйствернш. Значением .практического использования таких сред. На изические "и механические.свойства конденсированных' сред существенное, ервдйо.'о'йределящее-.М11йни« оказ'ывакг дефектные структуры в таких рЪдЙх. С.' ейгим сряёанс) наличке.'значительного и постоянно растущего во сем.мире' кигердс'в•.-к,'изучению"дёф'егстнйх структур конденсированных ред. Особое внимашге'уде'л^тся исследованиям дефектных структур и роцессов-пл!?атйч«ской' деформаций, в некристаллических (аморфных я ква-йфисталли^есюр£)-теталлйчеом1Х твердых, телах, которые являются пер-Пекуивншн классам;; конструкционных ыатериалрв. ' . -Для: оцйсагащ д^.ектйых-структур'-в конденсированных средах в пос-вдние' 10-15 й-р'т ..были разви-ты новйе -эффективные теоретические подходы еометрическргя характера.'<Эго,-прёзае-Мего, полиэдрический и тополо-«ие'зкяй порхода. • К "чво^- нрвых ^воыетрич^с'ких методов относится так-э геометрический проекционный, метод .опи'с&ния- йвазикрпсталлических ме-Шов.'Новы§ геометрические-пбдходы'г'котбрые' базируются на использо-анвд срейсиз- геометрии- изучения свойств дефектных структур в коя-эноированных-средах, якляютсл .одной,из- сацйх' молодых областей теории, зердйго'Тела. .Зтй»:объ-#рняе?оя йекойтдт'оякая развитость данных подхо-эв,.'В-частнасти,'> до постановки, настоящего-исследования-не было работ .^ойчлсггич^сшл'структур обиёго.ввда и их транс-эрмэиий'.в: -конденеирован'ных'упорядочённых средах,, 'проводились первые Ьоледобайия' но' теории статический ;деЛ6каций й -да!склияащ:й в квази-рис'Таллдх^ иё" существовало', геометрико-пбяирд^отеЬзсогр' описания тран-[АрмаииЯ дефектных''.ст^уктур.'в.: ¿«таллических-материалах^ в тй время ак; мехшщч'еокйе'. я многие' физнчейкйе сврйства' кеталяических твердых гл и. других •конде$си£ю,вашшх.(ср;ед. Опр^деЛярт.ся • ¡жен'по' трацеформацкя-I дефектных*-структур.' (а' не-'их' статичоскймй. свойствами)Также не бы-I однозначно- выявлены-- мдкрор»эги'ческк$ механизмы -пластической дофор-зциц в г.;еталлйчей'кйХ"с*екЛвх к'в^зикри'с1?аллах; 'Вместе с теи, в России ,за_-рубежом'глм'прйиись' иит'ексга^шё работы- по'-6ксйер:й!ентально.му изу-з!1И£!,т1^нсФор.:ато1й ,дефскхт11ц-х' структур, в ковдеЬсйЕованннх средах и зязящшх с 'тпкжи .Т1ансфорЛт11шК:НЛ|«зичёста«'йвле11ИЙ, в частности, ШсткчеСкой -до:['о!:;.:;пц1И. п-'иекрксмллиЧе'скцх м'е^аллических материалах,

- ■-•'•. ..•':.". ' з

эффекта твердофазной амортизации,,зернограничного скольжения, аф£ек периодических-изменений характеристик деформируёмшс ГЦК-металлов. '

Все вышесказанное определяет актуальность темы настоящей диссерт цеонкой работы, предает которой .разработка основ нового научного д правления "ГЕШЕТРШЕСКАЯ ТЕОРИЯ ТРАНСФОВОДИЙ ДШЖТНШ СТРУКТУР КО ДЕШИРОВАННЫХ СРЦД И МЕХАНИЗМОВ ШГАСТШЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ .НШЖШШИ

ских металлов". . ; . ' ,// . '•• " '

Цель работы.' Полное теоретическое исследование 'трансформаций де-фекишх структур конденсированных сред и механизмов- пластической деформации некристаллических металлов' на основе развития общих геометрических (топологического, полиэдрического и проекционного) подходов Дня достижения поставленяойцели вработе были сформулированы и реше ны следующие основные задачи:

1, Построение (геометрического.) проекционно-тодологического пода да к описании дефектных структур и их трансформаций в квазикристалди ческих металлических сшавах с икосаопрической симметрией.' Выядаение новых типов дефектных структур и новых типов Трансформаций дефектных структура квазикристалдических металлических сплавах.

2.'Построение.обшей полиэдрической схемы описания дефектных стру тур и их трансформаглЁ в аморфных металлических сплавах,

3. Выявление и тэоретичейкий анализ механизмов пластической'дефо мации в некристаллических (аморфных и квазикрис^аллических) металлич ских сплавах.

4, Построение дефектно-полиэдрической ьгодедш границ зерен в мета лах и аналяз механизма гарнограничного сколыгения..

5». Построение • теории ,траксфрршций д?фектншс структур, определи щах механизмы твердофазной аморфизадра в металлических материалах.Вь явление нового меха ни еш пдас?кчщзкой деформации кристаллических ие-теллов, связанного с локальной.твердофазной.аьгарфизацаей,

6. Разработка теоретической модели пеяаодичеекйх трансформаций-дефектных структур в идастическя дефорызруеьшх металлах с ЩК-решет-КОЙ. ■. • ■ '

7. Построение обцей топологической схема описания. дефектных сщ ктур общего вида в моаофааныхи гетерофазных конденсированных упорядоченных средах. Выявлением рамкахданкой схемы, новых типов топологически уотойчлвых дефектных структур и анализ их трансформаций в " конденскрованнцх упорядоченных средах. • .

■ Научная новизна. В диссертаций впервые проведен комплексный гео-

грический анализ.трансформаций дефектных структур-конденсированных ед я механизмов пластической деформации некристаллических (аморфных квазикристаллических) металлов. -

Так, разработан новый геометрический (проегшонйо-топологический) вход к описанию дефектных структур & их трансформаций в икосаэдриче-хх. квнзикристаллячрскюс твердых телах. В рамках данного Подхода най-яа общая топологическая классификация дефектных структур и выявлены вые типы дефектных структур в квазикрйстаялах: топологически устой-зые .частицеподобнне солйтоны и топологически неуотойчшзне бескоро-а дефекты. Получено теоретическое описание геометрии структур! аниц зерен в икосаэдрических квазикристаллах. Проведен георетичео- , й анализ процесса растепления полных дислокаций на частичные в азйкристашвх. Предложен новый механизм пластической деформации квазикристаллах, связанный с движением мобильных частичных дис-каций - частичных дислокаций,; характеризуемых "чисто трансляци-ными" векторами Гпргерса'(векторами с нулевыми фаэонными и нену-выми ^трансляционными кемп'онентами) . Проведена оценка напряжения чения-и.выявлены пути пластификации реальных квазикристаллических ердых'тел. * -

: Разработан новый, геометрический (дефектно-полиэдрический) подход эписанию аморфных металлических сплавов, являвшийся обобщением ста-артных-дисклинациойно-тетраздряческих моделей аморфных металлов. В " ■псах данного подхода аморфные металлические сплавы описываются как этные упаковки полиэдров, содержащие ансамбли дефектов (дефектные эукгуры) с неупорядоченной, пространственной организацией. С помощью здетв нового дефектно-полиэдрического подхода, описывающего измене-I структуры аморфного металлического сплава как трансформации ансам-1 дефектов такого^сплава, проведен анализ природы'аморфного состоя-I в металлических твердых телах; проведена оценка энергии упругих шкений в аморфных'металлических сплавах;- выявлены дефектные струк-зы, .являвшиеся носителями пластической деформации в аморфных метал-1еских.сплавах; выявлены механизмы гомогенной и негомогенной пластикой деформации в аморфных металлических сплавах; рассчитано напря-ше (негомогенного) течения" в аморфных металлических сплавах.

Разработана новая (дефектно-полиэдрическая) модель границ зерен «еталлах, В рамках представлений дайной модели выявлено, что в об-к случае носителями зернограшгчкого скольжения являются зернограни-¿е дислокаций с сТшуктуирующкми векторами Бюргерса; а также предло-ю микроскопическое объяснение причин перехода границ в возбуаден-

ное состояние при сверхпластической деформации, впервые разработаны модели, описывающие трансформации дефектных-структур, крторнё определяют микроскопические механизмы твердофазной.амарфизадии при термооб.-работке, механическом сплавлении и высоких степенях.-пластической деформации. Предложен новый' механизм дластичрс^гой .дефр£иаиИк "я кристаллических материалах, связанный, с локальной, твердофаз.йой аморфивацивй.

Впервые выявлен общий термодинаьщяескл'й.:критерий эвоявции дефектных структур в пластически дефорадру-ем!« твердых.телах. ■ Для объяснения наблюдаемых в экспериментам колебарий ;(ла пластической- деформации) лрочяоетных и" пластических с'бойс^а 'ГЩ^МетаМоа. .предложена ^о^-дель, основанная на представлениях о.ротационной неустойчивости йлар-.отческой деформации.'-' • ;' ' - ' .

Впервые предложена обшая топологическая, схема, описания неоднородных (дефектных) состояний общего айда'в мовофазных и гетррофазнрх конденсированных средах. В рамках-данной схемй-вдавлены и ксслёдован! новые .тихш топологически устойчивых т^ефекТнах структурЖих-трансфор-' наций в упорядоченных средах. В частности,'вперйые'.найдёна .топологическая классификация дефектов у. солитбнов .'с, нетривиальными' ядрами4 содержащими сингулярности, & двухфазных.удорядоМенннх средах! Впервые вычислены топологические зарядыпетлевых; дефектов- .с нетривиальными • (нелрерывнши. и содех'яашаш-сингулярности) .ядрамй'в.-двухфазных упорядоченных средах и неедэдо&ану .юг в'задайпревраШёл1:ш.,Бй4|дены топологические законы трансформаций дефектных структур: св'ер_хтекучёго.3'Дэ при изменениях магнитного поля. Впервые '.выявлена'- топологическая.'классификация новых типов треяфа&ф« структур:'- фкёйных ц'иетлевйх дефектов, содерд&икх'своих адрах-'шаровые.1-д'ефекты> основ&ганало-гии мездг калибрбвйшаи •т§о'р1мг.ш. ¡цсемеата'ррых- частвд Н'упорядоче'шшг сред с батьщагчйслда'. (высокой .да&тноств») дефектов' рредцказана воз-могность сущейтаоваккя'^ояобш;- т.апбйбгичёс'йа\возбуаден'ий; ^ сулердефе^ ктов в мвогодефекткнх -уяораючеш& среДа?.; Йер'выё- раэработ.акз'.-обнай схема ошкданйй.оаиргвл^сет.в??5Нй6аяьша-:йв$ижра1и1• кмибрешочрш полей в, гетёрофазн^х - еисг;ай5с. Гге^ере^зШе ковденсирбадн'ншс .^пбрйдсн ченных ср^дад "в. хетеросозай фехазет оайвЙ- ;эжрл§итар!1р частиц)-.' /В • -. ршвд данной тополр5гяяест аи а^трЕвиальда-^юй^г^гэй,

доевойобвве! к•вфЬЩфа¿и^о^ ' вда «05.йрсша; ^щгетр-'

1» таийейййф^ ^^ йрвощип.*' ;

■ «о» .оСЦакзф: {^^^¡^¡¿гоь'^^ежъпфще^яътх

анных по обнаружению шаровых монополей. , .

Научная и практическая ценность. Развитые в диссертации- представ-ения мм^т быть широко использованы при постро-

нии теоршг пластической обработкимегалляческихматериалов (прежде сего, некристаллических), создании материалов о высоким уровнем пронос ти и пластичности, в частности, при создании пластичных квазикри-аллических материалов. Лблученяые в рэббте результаты углубляют твоих) дефектов в конденсированных средах, 'яйляпД5гюся ключом а понимании рактически всех, структурно зависимых свойств таких сред. Предложение в диссертации модели мйкромеханИзмов твердофазной амортизации мо-ут.служить научней 1 основой раэработки эффективных технологий тве-дофааной ййо|4изагйимёталлйвеки* >йтер|йкрй. дрй термообработке,ме-дапеекон сЬЛавлений -в, раадф*' дефоршюи. Разработан-

ая модель периа^й(Яаа/трй^ ¿ЫЙ&вйх в йёфорюи--

уемнх 1Щ-металлах мояет быть испоаьзовака дая предсказания поведена ЩКНлеТаллов при плвбтической дефо^йЦий« .сащ^оадййейся перио-етескими' изменениями свойств. Выявленные вдис-

ертации новые Типа дефектных структур» ревультаты анализа их свойств : Т£®псфб1маш1й,- в *в&е ;ра$еа^Мйа« я 'деоее^Ш'момвтртввкйе етоды (дефектно-полиэдрический, проекционна-топологический, общий •опо1»гйздоюЛ)\ овисайю найти широкое при-

енейие при построении полноЙ теории крВденсировавного веШества.Пред-бхенный. в работа, новый механизм пластического течения кристалличес-их металлов (связанный Ь лбкальной твердофазкой аморфизацией) может лужить основой разработки новых.технологий высокоскоростного дофор- . иро^ания металлов. • ' ' V -у." V'. '. ..••

Геометрические методы описания дефектных структур л полученные в иссертации результаты могут бкТь использованы в разделах курсов финки твердого, телй и,физики к г?охя!шкй пластичности,: посвященных те-рии дефектов. - .-::;У-'-..

• Достоверность результатов и- выводов диссертации определяется ис-ользовакием корректных математических Методов решения поставленных адач^ различными проверками. Обоснованность построенныхмоделей ойус-овЛепа их соответствием экспериментам по исследоваш® пластической еформапия и кристаллизации аморфных металлических-сплавов, изучению в#дофазн.ой амйрфизации,; наблюдегатаиокальной пластичности, меди при варке взрывом, изучению.периодических трансформаций дефектных струк-ур вдефодаруемых 1Ш-мета~ллах,- наблюдении дефектшос. структур в :онденсировпн1на: ;/порядочс!тих средах.

Основные материалы диссертации были получены в рамках исследований творческого молодежного коллектива "Теория; дефектов в твердых телах" Института проблш дошндведешя РАН,

Основные положения, представленные к машите.

1. Геометрическое:(полиэдрическое) описание дефектных структур и их трансформаций в аморфных металлических сплавах и границах зерен металлов.' :

2. Теоретическое описание аффективных механизмов пластической деформации в некристаллических (аморфных и квааикристаллических)-металлах, а также нового механизма пластического течения кристаллических металлов, связанного .с локальной твердофазной амортизацией.

3. Модели траксформаций дефекткых структур, определяющих процессы твердофазной аморфизащш в ыетадагческих материалах и эффект периодического изменения структурных характеристик деформируемых ГЦК-металлов. ■ _ ; ■ \ •.•'•"-'• ■ '

4. Результаты и разработка геометрической (обшей топологической и проекционно-топологической) схема Океания дефектных структур и их трансформаций в конденсированных упорядоченных средах.

Апробация работа. Основные положения работы докладывались и обсуждались яа следутоих конференциях к семинарах; Всесошных семинарах "Актуальные проблемы ¡точности" (Идевск, 1984,1989, Тарту,. 1985,. Череповец, 1988) ;У Всесс®аноЗ коЕфере[1Ц}1и вЙидкие чристеллы и их практическое .применение" (Иваново, 1985); Семинаре "Роль дефектов в' физико-шханических свойствах таордах тел (Барнаул, 1986); Я,Ш,У Всесоюзных семинарах "Структурные аспекты локализации дефермаади разрушения" . (Салгов, 198бД9$8, l^ara, I99J>; Me^fea^o^iix конференциях ,"Сив-жрогроявов 'jMaqr^we* Уш Всесоюзном совеща-

нии по стеклообразному сосгояшш. (Ленинград, 1986); 1У,У Всесоюзных шеолах по фигике проздоо^в я ^ст^чйооти; (Салтов; 1987,1990); Всесоюзном сеикнаре по дифракционным ыетодаа иоследовашм искагенных стру ктур (Череповец, 1988); Шкойе-Семй^ре '"Ам.о1фные-металлы и сплавы" (Донеси, 1986); 1,Ш семинарах "1окализа№я пластической деформации и . разрушения аморфных мегаллических оплавов" (Салтов, 1988, Юрмала, ISBI); Всесоюзном семинаре пФц8ико-технологичвские проблеют поверхности металлов" (Череповец, 1988); Д Всесосзной конференции "Физика прочно-стй и пластичности металлов исш1авов|,.(Ку11бьддев, 1989) ; Международ£_ них конференциях "Ударное сжатие конденсированного вещества" (США, .

1991) и "Ниэкоэнергетитеские кда?отураади"дислокаций" (Швейцария,' .

1992); Международных семинарах."физика неупорядоченных систем"-(Рое-

8 '■ ' '

сия, 1992) и "Гранины зерен-93" (Россия, 1993).

Публикации. По теме диссертации опубликованы монография, 41 статья в отечественных и международных изданиях, тезисы на перечисленных выше конуренциях и семинарах. Список основных публикаций приведен в конце автореферата; ,

Структура и объем диссертации. Работа состоит из пяти глав, введения, заключения и приложений. Диссертация включает 262 стр. основного текста, 65 стр.рисунков, список цитированной литература содержит 415 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации; сформулирована цель й поставлены основные задачи диссертации; отмечены момента, составлявшие научную новизну работы; представлены положения, выносимые на защиту.

Рассмотрена современные теоретические подхода к описанию дефектных структур й пластических процессов в конденсированных средах. В частности, отмечены концепция Дискликациоянах механизмов пластической деформации-и разрушения кристаллов, концепция возбужденного ооотояния границ зерен при сверхпяастической деформации, концепция сильно возбужденного состояния твердых тел при механических и других воздействиях, новый подход к описанию связи между физикой дефектов и механикой: деформируемого твердого тела. Особое внимание уделено обсуждению современных геометрических подходов в теории Конденсированного вещества. . , '/. \ - '

, Структура диссертации такова, что в ней нет специальных глав, по-: священных анализу.литературы. Вместе с тем, первый раздел каждой главы содержит краткий обзор .литературных данных по тематике, связанной с предметов главы. После каждой главы приводится резпле; где собраны те главные моменты, на которые, по мнению автора, следует обратить особое вниманиеV

Глава I. "Трансформация дефектных структур* и механизм пластической деформации в квазакрисгаллах".

Данная глава посвящена изучению дефектных структур и их трансформаций, а также пластических процессов в квазикристаллах.

. Разработан новый геометрический (проекционно-топологический) подход- к. описанию дефектных структур и их трансформаций в кпазикристал-лах.' В-рамках данного подхода дефектные структуры в (3-мерной) икосо-

9

эдрической КЕазикристадяической решетке С^ описываются как проекции супердефектга 6-мерной "труби" Т1 (фрагмента 6-мерной кубической решетки I4 } , являвдейря прообразсм квазикрйсталяичоской .решетки 1.га при ее стандартней лроеквдоннш представлении. С помощью средств проещионно-тснопогическаго подхода получено следующее: • /а/ Найдена общая, топ алогическая классификация дефектных структур в икосаэдрических. квазикристаллах. При атом выявлено; что ,в икосаэдри-ческих квазикристаллах,' наряду' с исследтавдшмйся ранэё дислокациям: и дисклинациямй (Левайн, Требин и. др.), могут присутствовать также новые типы дефектных струязур; топологически устойчивые частицепо-добдае солитош, характеризуемые наборами целых . и

топологически неустойчивее бесксравые дег^кты. /б/ Впервые получено описание геометрии структуры обвдх. границ зерен .в икосаэдрических квазикристаллах. Показано, что. каждая такая границе характеризуется шестью, углами раз ориентировки (в йкзическсы. и "фазоан'см" .пространствах) ; ©4,..., ©в и обобщенным 6-векторш • относительных смещений квазикристаллических зерен. При-этш зёрнограничная-фаза есть.новый типнесоразмершх систем С-- т .(6 б М£-12), степенями свобода. . Впервые прсееден теоретический анализ процесса расщепления полны, топологических дислокаций, на частичные в квазикрксталлах. Показано, .что в икосаэдричесюх квазикристаллах энергетически и кинетически- • разрешено^расне_р1ен}1л пОДсй : прямолинейной дислокации с 6-векторсм Еюргерса'& = (4 ) ( здесь $ '•'. и - ^есть соответственно траксля циокная и: фазенная 3-ксшоявНты вектора Евргерса) .на две частичные дислокации: .неподвижную и подвижную (.рис.!). Неподвижная^частичная , дислокация характеризуется бивектором Еюргерса (ккещим

ту же фазонную кешоненту," что''и вектор Еюргерса полной дислокации) и' остается на месте исходной .полной дислокации, в, то время как пере мешается тейшо вторая, мобильная частичная дислокация с "чисто трансляционным" 6-вектораи Еиргэрса '(ъг , 0) , т.е. вектором, имеющим нулевую фазрнцуюкешовэету (рис.1). .

Частичная дислокация с' "чисто траяолааюншм" вектора«' йоргерса потопу мобильна, что не создает базоншх. искажений. Действительно, движение тьксй дислокации не стрясено- с -изменениями "заморскенногс фазонного п<ия гаа8ШС£&ю*адла, Как следствие, в отличие от < подшх частичка! дислокаций с векторами Еюргерса, имеющими ненулевые фазе ные компонент, дислокация с "чисто трансляционным" вектора/ Ехрге} са мобильна в квазикриогалле. ; • ';■'■' * ■•'-•'-. .

ко.1. Гаспепление полной дислокация в квазикриоталле на две частичные дислокации сопровождается формированием плоского дефекта удаковки (эаштрихованная область), с^ - расстояние между част^чньда дислокациями.

Выявлен энергетический критерий расщепления полной дислокации и айдено. "равновесное" расстояние <4, между частичными дислокациями: '

г-Гц-у)

Я У

<

(I)

це у - модуль сдвига; V - коэффициент Пуаосона; с - константа 1руго-фазонного вйавмрдейотвия; р - геометрический фактор} £ -хельная энергия дефекта упаковки, образующегося мезду частичными юяркацктя! ;(рио»Д).:

Д главе. I также предложен новвй механизм пластической деформации, зторый предстайляет:собой движение (мобильных) частичных дислокаций "чисто трансляционным" векторами Бгргерса. Такйе дислокации генери-готся при расяепленяй полных дислокаций (рисЛ) или о поверхности де-зргжруемого образца. В работе найдена зависимость СГ-£ ("напряжете течения -.степень пластической деформации") для квазякрноталличес-ого образца в режиме активного иагрухения (¿«сом*. ). Эта зави-

II

симость вслучае, когда основными носителями пластической деформаци являются мобильные частичные дислокации - элементы полных расщеплен ных дислокаций, определяется выражением:

?cjètj (a

(где J> - плотность мобильных дислокаций, M - геометрический фа: тор), а в случае, когда основными носителями пластической деформацш являются мобильные частичные дислокации, генерированные с поверхнос образца, - выражением:

б'(£) « ¿г * con$i О)

Показано, что при движении локализованных групп'мобильных частич ных дислокаций в деф01мируемсы квазикристалле происходит лекальная аморфизация. Это объясняет эксперт :нты Еккерта'с сотрудниками ( 199 год) по наблюдению амортизации в деформируемых квазикристаллах.

Реальные квазикристаллы обычно представляют собой малопластичные (и высокопрочные) материалы. В работе- этот Факт .объясняется,прежде всего, взаимодействуем мобильных частичных дислокаций с фазойными искажениями, присутствующими в квазикристаллах. Подобные искажения, аналогично примесям в кристаллах, формируют "атмосферы" вблизи частичных дислокаций, что "лишает дислокации мобильности и обуславливает малую пластичность квазшфистьллов. Для получения высоко пластичных квазикристаллов необходимо синтезироьать квазикристаллически образцы с-низкой плотностью фазондах искажений и/или с эффективно ; работающими источниками свежих (незакрепленных атмосферами фазоншх искажений ) мобильных дислокаций.-

Глава П. "Трансформации дефектных структур и механизмы шшстичес кой деформации в аморфных металлических сплавах (металлических стеклах)".- '

Предмет данной главы - теоретический анализ трансформаций дефект ных структур и механизмов пластической деформации в аморфных металл! ческяХ сплавах (металлических стеклах).

, Разработана новая геоыегричвекая (дефектно-полиэдрическая) схеш описания аморфных металлических сплавов, являвшаяся обобщением разв! тых французскими исследователями (Клемая, Садок и др.) стандартных дисклинационно-тетраэдрических моделей аморфных металлов. В рамках 12

редлагаемой.схемы аморфные металлические сплавы описываются как шго-гае неупорядоченные упаковки элементарных ("малых") и неэлементарных "больших") полиэдров - геометрических объектов, которые являются мо-елями плотноупакованных кластеров атомов сплавов. При этом упаковка злиэдров, моделируетая аморфный металлический сплав, содержит прост-авственно неупорядоченные дефектные структуры, характеризуемые высо-5й плотностью: ансамбль линейных дисклинационных дефектов (ребер по-1эдров упаковки) и ансамбль точечных вакансионно-подобных дефектов заутренних пор "больших" полиэдров). .

Обсуждена природа аморфного состояния Металлических твердых тел. эк, в рамках дефектно-полиэдрического подхода аморфное состояние ые-шшческого сплава отличается от идеального кристаллического*' сос-эяния того же сплава тремя следующими особенностями:

(а) В аморфном сплаве присутствуют вакансионко-подобнне дефекты, тсамбль которых характеризуется высокой плотностью и пространствен-эй неупорядоченностью. Это обусловливает, в частности, различие в ютностях между аморфным и идеальным кристаллическим сплавами.

(б) Наряду с "кристаллическими" (присущими кристаллическому сос-зянию сплава) дисклинациями в аморфном сплаве присутствует большое голо избыточных дисклинвций (ребер полиэдров модельной упаковки), эскольку в аморфном металлическом сплаве смеются главным одразом рзкодействуюиие внутренние напряжения, избыточные дисклинации орга-ззованы в низкоэнергетические конфигурации (например квадруполи.пет-1), в которых их поля напряжений взаимно экранированы.

(в) В аморфном сплаве мездисклйнационное взаимодействие заставля-с "кристаллические" дисгаинации смешаться с их "кристаллических1* присущих идеальному кристаллическому состоянию сплава) пространст-энных положений так, что вместе с избыточными дисклинациями "крис-эллические?'дисклинации образуют пространственно неупорядоченный ан-амбль.

В соответствии.с представлениями дефектно-полиэдрического подхода положениями (а)-(в), перестройки структуры аморфных металлических плавов при механических, термических и других воздействиях взаимоод-

- Идеальный кристаллический сплав моделируется как плотная упо-здоченная упаковка элементарных полиэдров с периодически упорядочений сеткой дисклинаций. 1

нозвачно соответствую! трансформациям дефектных отруктур таких ошв' вов. Это воаволяет аффективно использовать стандартные ореДотва ;ео рии дефектов дал описаний поведения амогфша металлических сшшвЫз ври механических, термических и Других воздействиях. Так, на основе положений (а)-(в) в данной хлаво проведена оценка аяотности энергии £. упругих искажений (индуцйрованных преимущественно избыточными дефектами) в аморфных мегеллиЧвскюс. ошгавах. ага Бнергия переходит , теллс $ ходе процесса кристаллйаации аморфного сплава - процесса, ci провождашзгооя аннигавядаей иэбыточных дефектов к перемещениями ^«р: сталличзоких" даокящаадй, .(¡¡р^рв&ре .полученной теоретической Ьцейк В иавеозных в литература вкйяерименталькшс данных по иёмерешш веяи чш tA cbiWSTDSiiOiiyei j> эдкшм согласии теорий с акопвршеа5а В рамках вдвдашШвго. Арфб^^потъпрттЩто нодебм деивмв дефектные ощгктурв -'оош>ЫШе.деформации $ аморфных ыатшшдаст; Ьвю^у .'-ato 'адн^ау^^й '• Ыкййаицй (в час йооаи, диполи даогУШнащй) , которце экв1шалентнн дкслокаодям с флук туируташми векторами - Бзргерса. Дри движении кавдой такой дислокации (диокшшциошюйко^и^рац^)'». ш^Ьрфном ^еталлическш .сдлэве ее в ктор Бзргсрса варьируется как по.дане, дислокации, так.и.во времени (Данное педозевве^ -экчвяёдвре. в рамках дефектнргполк.эдрйчес!сого под хода, согласуйТйЕг с ряф&ащ, Тртщт мо&елщ ¡шотячёс$ого -течени едорфщ материалов,) -Б' данной "главе также. найден вакок, эволЬзда ■ ве *ора Евргерса, дисаокаеди,:дви^йейой в ;аморфном металлв^есшл' сплав . .цегшогенного ренлиов юшст ческого дефрдоро^ния юедг!^-)»*'^^ pes

льтатамданвого, ра.ссштреншкихроокопичесгда. механизмов гомогенно пластической деформадаиуя аморфных' метайляческих сплавах является терисагащзироаднре;'^ .дд'сл

каций (дасклийационвйксщф^ гквивалентнихдислокагдой) на,

йаше расстоянм, Тра11сфо|Ж5ац2й ансембля 'ва^йсионно-пЬдобвзх дефек тов ■ облегчав? гсмогеннуа властичеокуа деформада. Микроскопическим механизмом вегсмогевн^ в аморфных мёталлич

скйх сплавах является атиядаескоеде

каций .элшиваделтных^дирломц!1ям).. Ш

,' прошение течения; : ; амогФра металлических сплавов -в/режиме не

гомогенного .д^рмЕ^вада^^^ дефектной ■'

. отрув^Ц.ср^рда .■■'..

-' .". с о

ресекаьмыми '.еп;рДйвоФ'ой.:'ойНово^до^^ кв

друполем. Так, получено следующее выражение для силн Г4 , действующей на прямолинейную краевую дислокацию с вектором Бюргерса в0 после пересечения-ею клиновой дисклинацией леса (линия дисклинации перпендикулярна плоскости скольжения дислокации) с вектором Франка ш :

; ^. и ^ (4)

Здесь Х0 - путь, пройденный дислокацией после пересечения; у* - модуль сдвига;- V - коэффициент Пуассона; 2\. - длина дисклинации леса;6, * хе - и»?, ; £г = .х„ + . Для сила Рг , действующей на движущуюся краевую дислокацию после пересечения ею квадруполй дискли-наций леса с мощностями г ш : -. . .

Г^Л^М!-*^ 1-1

, е +

где 2 а - плечо Квадрупояя. Формула (5) получена для случаев, когда линия дислокации либо параллельна и перпендикулярна плечам квадрупо-ля, либо ориентирована под углом 45° к плечам квадруполя. .

На основании точных выражений (4)„(5) проведена количественная оценка напряжения течения . для негомогенного режима деформи-

рования аморфных металлических сплавов в модели, в которой основное • сопротивление движущимся дислокациям оказывают дисюшшционные квадруполй. Теоретическая оценка хорошо согласуется с известными

15

чсЧ%

\п

(5)

в литературе экспериментальными данными.•

Глава Ш. "Трансформации пленарных дефектов и твердофазная аморфи-аация в металлических материалах".

В данной главе проведены теоретические исследования трансформаций планарных дефектов и механизмов твердофазной аморфизацик в металлических материалах, а также предложен новый (связанный с твердофазной ; аморфизацией) микроскопический механизм пластической деформации в кристаллических металлах.

Разработано новое геометрическое (дефектно-полиэдрическое) описание границ зерен (ГЗ) в металлах, которое является обобщением развитых ранее (Эшби, Спейпен, Вильяме, Витек, Саттон и др.) стандартных полиэдрических моделей ГЗ. В рамках предлагаемого дефектно-полиэдрического подхода ГЗ описываются {так плотные упаковки полиэдров (служащих геометрическими моделями кластеров атомов в ГЗ), содержащие ансамбль дисклинационных дефектов - ребер полиэдров упаковки и ансамбль вакансионко-подобных дефектов - внутренних пор "больших" полиэдров. При этом трансформации ГЗ, при которых атомы ГЗ меняют своих ближайших соседей, эффективно описываются как трансформации дефектных структур в модель!шх упаковках полиэдров.

Выявлены дефектные структуры - носители зернограничного скольжения. В-рамках дефектно-полиэдрического подхода такие носители - это дасклинационные конфигурации, эквивалентные зернограничным дислокациям с, вообще говоря, флуктуирующими векторами Бюргерса. Частный случай подобных дислокаций есть известные зернограничные дислокации с постоянными векторами Бюргерса, принадлежащие полной решетке наложений.

С помощью развитых геометрических представлений о структуре ГЗ и носителях зернограничного скольжения рассмотрены микроскопические механизмы перехода ГЗ в особое возбужденное состояние (в котором ГЗ демонстрируют аномальные пластические свойства) в условиях сверхдласти-ческой деформации. '

Приведен краткий, обзор исследований открытого в 80-е годы аффекта твердофазной еморфизации в металлических материалах при термических и механических воздействиях. Впервые разработана модель, описывавшая роль дефектных структур в процессе индуцированной диффузией твердофазной аморфизации в металлических материалах. В рамках модели основным механизмом твердофазной аморфизации при термообработке и механическом сплавлении является миграция ГЗ, индуцированная зерно-

16

, граничной диффузией и осуществляемая путем движения зерногракичных . дислокаций, которые связаны с зернограничными ступеньками и характеризуются флуктуирующими векторами Воргерса (рис.2). Модель корректно

1

S

}

Рис.2. Микромеханизм индуцированной диффузией твердофазной аморфиза-ции. Пластины металлов А и ) находятся в контакте. Гра-'ница зерна в металле } мигрирует под действием диффузионного потока атомов <1 по границе. Направление потока перпендикулярно направлению движения, границы. Элементарный акт миграции границы зерна - перемещение зернограничной дислокации,связанной с зернограничной ступенькой и характеризуемой флуктуирующим векторбм Бюргерса. Позади мигрирующей границы образуется аморфный сплав .

объясняет кинетическую предпочтительность формирования аморфного сплава < (по сравнению с кристаллическим) в тех условиях, в которых наблюдается твердофазная амортизация в металлических материалах при термообработке и механическом сплавлении.

Впервые разработаны модели, описывающие роль трансформаций дефектных структур в процессе индуцированной деформацией тйердофазной амо-рфизации. В рамках данных моделей возможными (при определенных условиях). механизмами твердофазной амортизации при развитой пластической деформации и механическом сплавлении являются "дислокационное расплы-вание"-границ зерен и фрагментов (рис.3), а также пересечение дислокационных групп с двойниковыми гранитами.

Показано, что при механическом сплавлении возможно действие микромеханизма твердофазной аморфизоции, тлеющего как механическую, так

I?

Рио.З. "Дислокационное расилывание" границы верна (фрагмента). В границ? цод Действием напряжения попадает решеточная дислокация. Она расцепляется на ансамбль, зернограяичных дислокаций; в границе происходит "размазывание" ядра дислокации. Затем, под действием увеличившегося (по тёь или иным причинам) касательного напряжения дислокация с "размазанным" ядром перемещается вглубь соседнего зерна. За фронтом.- такой дислокации образуется локальная аморфная область(аащтрихованная область). "

и диффузионную природу. Это. индуцированное диффузией и уменьшением упругой внергии расщепление дисклинаЦий в ст&ках фрагментов (рис.4). В данной главе в приближении аксиальной симметрии выявлена кинетика роста эародщпа аморфной фазы - ядра расщеплявшейся дасклинации. Ради ус вародша аморфной фазы R растет со временем i как Я -» 1 (^ О t)in, где . О - ковффициент диффузии атомов «с. в аморфной фаае л-Jí . у 1 <- константа.-

Предающей новый мехзнизм илаотической деформация в кристаллических металлах, которайреадизуетоя по следующей схема: "твердофазная аморфизация в локальной области кристалла .—генерирование новых носителей даастическо£ д^ор^^ Сдислокаций с фвдктуад^мщми вектс рами Воргерса), прговШх аьвд^сщ состоянш),' в локалью«амо£Фйых областях —Ейастк^еокая Деформация локальных аморфных. областей". Интенсивная шшоФнчёо^' Дбфорышшя 'локальных аморфных областей в кристалле вищюцйет юс рввогрвй, «по обычно приводит jt (обратной) кристаллизации ет о&шстей.. Мавре обстоятельство, в частности, as трудняет идентификации» предложенного механизма пластического течения " 18 ' "' '"

Рио.4. Расцепление дисклинации. (а) Дисклинация (треугольник) расположена в тройном стыке границ фрагментов. Дцет диффузия атомов л (черные кружки) по границам фрагментов, (б) Происходит расщепление исходной дисклинации на 9 дисклинаций меньшей мощности, что сопровождается образованна! зародыша аморфной фазы - "расплывшегося" ядра расщепляющейся дисклинации.

в постдеформационных структурных экспериментах.

Действие предлагаемого механизма пластической деформации, в частности, объясняет наблюдаемую экспериментально (Бондарь, Оголихин)ано-мальную пластичность меди при сварке взрывом. В данной главе также обсуждены кратка и другие (в т.ч. новые) механизмы пластической деформации, связанные с фазовыми переходами в твердых телах.

Глава 17. "Периодические ®ранофорйации дефектных структур в деформируемых ЭДС-металлах".

Даннад глава посвящена выявлению общего термодинамического критерия эволюции дефектных структур в деформируемых твердых телах и разработке модели периодичеоких трансформаций дефектных структур в деформируемых ЩК-металлах. .

, Вначале в рамках представлений неравновесной термодинамики выявлен общий критерий эволюции дефектных структур в деформируемых твердых телах, который имеет следующий вид:

Здесь t - время; V - объем системы; - дифференциал про-

изводства энтропии зе^ , связанный с изменением Величины ж* при иг менении тензорного поля напряжений о"!к (х) ; Т - температура; Я - пространственная координата; £."к (£•„> - тензор пластической (сс ответственно упругой) деформации; коэффициент ос характеризует дол работы пластической деформации, сразу переходящей в тепло; коэффициент £ характеризует долю работы пластической деформации, переходя щей в тепло при аннигиляции дефектов и формировании нйзкоэнергетичес ких конфигураций дефектов. Критерий (6) утверждает, что изменение тензорного поля напряжений и) определяет такую эволюцию дефен тных структур, при которой величина **(?) о('х не возрастает.

В остальной части главы рассмотрен конкретный пример (представля юший интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения) нетривиальной эволхйдаи дефектных структур при пластической деформации, а именно периодические трансформации дефектных структур в дефор мируемых ГЦКг-металлах. Так, на основании представлений о периодических трансформациях дефектных структур типа: "хаотически распределенные дислокации-» диполи частичных дислокаций" (рис.5) построена

Рис.5. Схема трансформаций дефектных структур в деформируемом ГЦК-металле

модель, объясняющая поведение'деформируемых ПЩ-металлов, для которых в экспериментах наблюдаются колебания физико механических свойств. Уравнения модели имеют вид:

= Ар - В_р4 - Л^К (7)

^ч/гс = Урп -I.п {8)

;в \Р - плотность хаотически распределенных дислокаций; п - плот-сть диполей частичных дисклинаций &родышей ротационной деформации); £ - степень пластической деформации; А, В, Я , ], ¿. - постоянные эффициенты. Первый член в правой части (7) описывает размножение слокаций под действием внешней нагрузки, второй - аннигиляцию дис-каций, третий - "поглощение" дислокаций диполями (перестройку хао-ческой дислокационной структуры при движении дисгошнационкых дипо-й). В правой части (8) первый член описывает зарождение новых дипо-й, индуцируемое наличием в материале "старых" диполей (являющихся нцентраторами напряжений), второй - учитывает потерю активности у склинационных диполей.

Для определенного интервала типичных значений коэффициентов А , , Я , ¿. модели (оцениваемых из независимых опытов) решения '(£) , ч (£) уравнений (7),(8) имеют вид слабо затухающих колеба-й, причем период колебаний £т по порядку .величины совпадает с эк-ериментально наблюдаемым. С пойоеью данных решений ^(с) , п(¿) проведен расчет дисперсии упругой дзформации > (£) (эксперименталь-

о,г о,з о,ч £

з,6. ЗависимЬсть дисперсии упругой деформации <£*,> от пластической деформации £ : I - экспериментальная кривая, 2 - кривая, полученная теоретически.

наблюдаемой величины); результаты которого находятся в удовлетвори-гьном количественном согласии с экспериментом (рис.6).

Глава У. "Трансформации топологически устойчивых дефектных структур в конденсированных средах".

Основной предмет данной главы - теоретическое исследование трансформаций ,топологически устойчивых дефектных структур в конденсирова) ных упорядоченных средах (магнетиках, обычных и жидких кристаллах, сверхпроводниках, сверхтекучих жидкостях). ...

Впервые разработана топологическая схема описания дефектных структур общего вида и их трансформаций в монофазных и гетерофагных упорядоченных средах. Так, пространственно неоднородные (дефектные) состояния общего вида в ионофагных упорядоченных средах описываются непрерывными отображениями

2 : К -V О)

(здесь К - объем, .занимаемый упорядоченной средой; V - пространство вырождения среды, котор9е описывает степень ее упорядочения), ограничения которых на некоторую подобласть 1Л области К (мсК) есть фиксированные отображения

91м = Г-м-у (Ю)

.Такие , состояния, являются дефектными структурами общего вида в монофа-эных упорядоченных средах, поскольку варьируя К, (Л, ( , можно описать какие утодно дефектные структуры. Например, состояния-монофазной среды с сингулярными дефектами - вто случай, когда М - $ (пусто), а К - область среды, на которой параметр порядка является непрерывной V -значной функцией. Чаотицеподобные солитоны - это случай, когда М - граница среды, а отображение и , где

и - точка из V .

Для'вычисления топологических зарядов дефектных структур общего вида в монофаэных упорядоченных оредах впервые предложено использовать метод» математической теории препятствий. Вычисление топологических зарядов,, вообще говоря,' позволяет выявить критерии устойчивости дефектных структур общего вида при непрерывных деформациях поля параметра порядка, найти классификацию дефектных структур общего вида, определить законы трансформаций дефектных структур при их слиянии, изменениях их формы и фазовых переходах.

Разработано топологическое описание дефектных структур общего вида в п -фазных ( п > г ) упорядоченных средах. В частности, 2-фаз-ные дефектные структуры общего вида описываются непрерывными отображениями д : К -» V , ограничения которых на подобласть м облает)

22

К I А « К) есть нефиксированные отображения

«нд • (: М V . Ш)

Здесь К - область, занимаемая конденсированной упорядоченной средой; v и v - пространства вырождения соответственно первой и второй фаз среда; А - область, занимаемая второй фазой среды.Для вычисления топологических зарядов 2-фазншс дефектных структур общего вида впервые преЛяй&ен математический метод, использующий средства теории препятствии

Разработанная в данной главе схема топологического описания дефектных структур общего вида является обобщением развитого ранее (Рогу-ла, Кдеман, Тулуз, Воловик, Мннеев, Мермин, Мишель и др.) стандартного топологического подхода в теории дефектных структур конденсированного вещества.

В ранках ра'вра'ботанной обшей топологической схемы выявлены и исследовав Новые типы топологически устойчивых дефектных структур в мойофазйых и гетерофазных- упорядоченных средах. Так, проведен топологический анализ физически ипт.ересшж примеров дефектных структур, топологические заряды которых определился нетривиальной формой объема К , занймаемого'моаофазной средой и/или фиксацией параметра порядка в части конофазной среды. Напршер, исследованы монофазнао среды, занимающие объемы Ых - и "Т^-форш (здесь - заполненная сфера с г ручками, тг - 3-мерная область, гомотопическя эквивалентная сфере с? ручками), немтический-жидки! кристалл в "сбсуйах сяо-енсй формы,на границах которых молекулы кристалла .нмеэт фйкояровакнуа оряецтаЦии.Таине исследованы новые типы-топологически, устойчивых 2-фавных. дефектных структур: дефекты и солитоны о кетрйвдадькагй ядрами, содержащими'сингулярности. Показано, в частности, что топологический заряд,кайдого нетеподобнога дефекта о. % ( х э 1} точечными с'шяуяяр-носиши в "ядре ееть набор ( $ , с1, . . . , сг , ) - элемент группы

%;«I*с; * кег (^(чV) & жх (12)

гдз I « I, . . ■ , г + 1 . Здесь V и V - пространства вырождения соответствепно в ядреивнеядра дефекта; (V?) - м -мерная гомотопическая грушапространотйа V (V, V) - ь,-ве-

рней- отвосит^ад гомото1Шеская группа, . 1« * й К«* ч - соот-. ветртвенно образ и ядро ,гомоморфизма Ч" , принадаваапего точной последовательности гомотопических групп и их гомоморфизмов.

^^^ ) -

(а)

- -

Рис.7. Трансформации петлевого дефекта с топологическим зарядом"

( я , 6 ). (а) Случай а. * о , б - нетривиален. Петлевой дефект можно порвать и превратить в шаровой дефект, (б) Случай а - нетривиален, в - о . Петлевой дефект можно полностью устранить, уменьшая радиус петли дефекта (сжимая дефект), (в) Случай а, 6 - нетривиальны. Петлевой дефект можно екать (уменьшая радиус петли дефекта) в шаровой дефект, (г) Трансформация вида: петлевой дефект с зарядом ( а , 6 ) --- шаровой д«Т=кт с зарядом б —» петлевой дефект с зарядом ( а', $ ). Бообшс говоря, а'/ а.

Показано, что в конденсированных упорядоченных средах могут присутствовать Топологически устойчивые петлевые дефекты о нетривиальными ядрами (частный случай 2-фазаых конфигураций). Каждый такой дефект представляет ообой сочетание нитеподобного и шарового дефектов и характеризуется топологическим зарядом ( а , б ) - элементом группы (V, V) ■ ТГу (V, V). При этом субзаряд а « Хг (V, 0) отмирает черта нитеподобного дефекта, а субзаряд 4 « (V, У) - черты шарового дефекта, присущие данному петлевому дефекту. Устойчивость дефекта и законы его трансформаций по-равному зависят от а и £ (рис.7). Впервые показано также, что в конденсированных упорядоченных средах могут присутствовать топологически устойчивые петлевые дефекты о точечными сингулярностями в ядрах.

В рамках разработанной обшей топологической схемы выявлены и исследованы новые типы топологически устойчивых 3-фазных дефектных структур: нитеподобнне и петлевые дефекты, содержащие в своих ядрах шаровые дефекты (рис.8). В частности, вычислен топологический заряд

(Я)

Рис. 8. Топологически устойчивые З-фазкдо дефектные структуры. (а)Ни-теподобпый и (б) петлевой дефекты, содержащие в своих ядрах шаровые дефекты. Ядра шаровых дефектов есть фаза, характеризуемая пространством вырождения . ; ядра нитеподобного и пет-• левого дефектов есть фаза, характеризуемая пространством вырождения V ; области вне ядер, нитеподобного и петлевого_дефек-тов - фаза, характеризуемая пространством вырождения V. 9с\/«№.

петлевого дефекта, содержащего в своем ядре т шаровых Дефектов (рис.8,<3). Такой ааряд предотавляет собой набор Ы 4 ^ „.,..

& 1. • • • > ^т I % ^ > являющийся элементом группы

Л« К.г ,

У.е Кех(^Ы^) , (13)

причем субзарядн ^ дополнительно удовлетворяют условию:

Здесь К«* е , К«* ¥ , к>» 4*, Ки * - ядра гомоморфизмов, принадлежащих точным последовательностям гомотопических групп и их гомоморфизмов; Гг (Х ) и Ж% IX,У) есть соответственно абсолютная и относительная гомотопические группы.

В работе также найдены зайовв трансформаций топологически устойчивых дефектных структур сверхтекучего 3Не ври фазовых переходах, индуцируемых изменениями мапштиого поля. . .

Показано, что описание в терминах непрерывных отображений невозможно для полных дасклинаций в кристаллах. Это свидетельствует о неприменимости стандартного топологического подхода в анализу полных дисклинаций в кристаллах. ; 0

Указано, что (по аналогии с калибровчными теориям элементарных частиц) в упорядоченных средах с высокой вЛЬгностью дефектов могут присутствовать топологически устойчивые дефектные структуры особого рода, названные супердефектами. Такие супердефекты представляют собой сингулярнооти потенциалов к^ (* ^ и напряженности <х > калибровочного поля, описывающих состояния многодефекткых упорядоче^гкх сред. ■ - •

Впервые разработана общая схема вычисления топологических зарядов нетривиальных конфигураций в гетерофавных системах (конденсированных средах и системах полей элементарша-частиц), Цредсказаны и в рамках данной схемы исследованы новые типы топологически устойчивых конфигураций калибровочных волей; петлевые монополи, нитеподобные и петлевые конфигурации, содержащие^ своих.ядрах шаровые монополи. Впервые показано, что не существует топологического запрета на трансформации шаровых монополей в петлевые. Это, возможно, объясняет от--сутствие достоверных положительных результатов экспериментов по обнаружению монополей. 20

ОСНОВНЫЕ выводи

1. Предложенные, в настоящей работе геометрические методы (дефектно-полиэдрический, проекцйонно-топологический, общий топологический) являются эффективными-при описании дефектных структур и их трансформаций в конденсированных средах.

2. Движение частичных дислокаций, характеризуемых трансляционными вейторами Бюргерсв (6-векторами с нулевой фазонной компонентой) является эффективным механизмом пластической деформации в квазикристаллах. В аморфных и зернограничных структурах, основными носителями пластической деформации являются дисклинационные конфигурации, каждая из которых эквивалентна дислокации с переменным вектором Бюргерса.

3. Эффективными микроскопическими механизмами твердофазной амор-физации в металлических материалах при термических и механических воздействиях являются индуцированное диффузией и (или) механическими полями расшивание границ зерен (фратаентов), пересечение дислокационных- групп о двойниковыми, границами, а также миграция границ зерен, индуцированная даф|узиёй И осуществляемая путем движения зернограничных дислокаций с,-переменными векторами Бюргерса. .

4. Локальная твердофазная амортизация, сопровождающаяся пластической дефо^яладаей. новых Локальных аморфных областей, представляет собой аффективный механизм пластического течения кристаллических материалов. '.-■.-'■' ' '

5.; В. конденсированных упорядоченных средах возможно существование новых, (ранее не. исследовавшихся) типов топологически устойчивых дефектных структур Г: линейных дефектов и солитояов .с внутренними шаровыми дефектами, петлевых дефектов снепрерывкши ядрами, петлевых дефектов с внутренний точечными и шаровыми дефектами, относительных топологических Текстур с фиксацией , параметра порядка, в части системы, беско-ровцХ дефектов (в квавикристаллах), точечных, линейных и петлевых супердефектов, петлевых монополеЙ с нетривиальными (непрерывными или содержащими шаровые ионополи)■ядрами. Топологическая устойчивость и законы трансформаций таких.дефейтнык структур определяются нетривиальной формой,дефектов, фиксацией параметра "порядка в. части среды, наличием нескольких фаз в среде.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основные результаты диссертации опубликованы в монографии!

1. Овидько И.А. Дефекты в конденсированных средах: стеклах, кристал лах, квазикристаллах, жидких кристаллах, магнетиках, сверхтекучи жидкостях. Л.: Знание- 1991.- 242 с.

В следующих статьях:

2. Овидько И.А. Топологически устойчивые конфигурации о сингулярным ядрами в упорядоченных средах // 1ЭТФ.- 1985,- Т.89, В 4.-C.I30I-1304.

3. OvidVo I.A. Tofolegical Oheljfij о/ com of singulаt<(¡«j In otdeied Medio ? PK^î. Le il. A . - <945. - V. I IO( н */8 .

- P. 408 - 410. .

4. Овидько И.А. Топологически нетривиальные петлевые дефекты в конденсированных средах // ЖЭТФ.- 1986.- Т.91, Я> 4.- C.1427-I435.

5. Овидько И.А. Трансформации топологических дефектов сверхтекучего 3Не при изменениях магнитного поля // ФНТ.- 1986.- Т.12, Ü 12,-C.I275-I277. .

.6. Эффект периодического изменения дефектной структуры при пластиче< кой деформации / Б.К.Барахтин, В,И.Владимиров, С.А.Иванов, И.А. Овидько, А.Е.РомановУ/ ФТТ.- 1986,- Т.28, Й 7.- С.2250-2252.

7. OvícÍ'ko I.A., RonaMv А,Е. . Me + hods oftopaloyicat ов»НисЬоь <Keoly in c.óndemtd mattet pK^sics ^ Co»«i. Math. Phys .

- 19 8 6, - V. lof, .v 3. - Р. ЧЧЗ - M53.

8. Овидько И.А., Романов А.E. Топологические возбуждения Сдасклина-ции, вихри, солитоны,. текстуры, фрустрации) в конденсированных средах // Экспериментальное и.теоретическое исследование дискгиш ций. Л.: ФГИ.- 1986.- С.6-53.

9. Овидько И.А. Дисклинационный механизм пластической деформации в металлических стеклах // Письма в ЯГФ.- 1987.- Т.13, № 7.- С.443-446. ■'•.-•■■• ■■

10. Овидько И.А. Топологическая классификация дефектов в квазйкрис-таллах//1987.-Т.29, № 7-. C.2I37-2I38. ..

11. Периодичность структурных, изменений при ротационной пластическо! деформации / Б.К.Барахтин,.В.И.Владимиров, С.А.Иванов, И.А.Овидз ко, Л.Е.Романов // ФШ.- 1987.- Т.63, № 6.- С.П85т1191.

<2. Ovid'xo I.A., Rowarov А Б. Topo (¡>g ¡cal txci-tafion» (dtfe c+s, Soi.torM, i t x tutes , f tion» ) ¡t condentíd ntd,a// Phyi.

28

' Siai! Sel. (a), - I9ST. - V. (04, ni. - P. (3-V5\

1. TbeoTtlical and e*j>«*iment«l i^ncKtotтоп radiation studies of jpiial-type «volution Of dtftc< ibutlum uhdet р1„%Цс deformation / &.к.ВатакМ|'п, S. A.Tvanov, I.A.O»íí|'ko, A.E.Romxnov, V. I.VIaJimiiow //

Mid. Ins4T.M«a.P(iSt:R«t.A .-mr. -V.Z6 J ,ni/Z . - P. 22 3 -226.

4. Овидько И.А. Топологически нетривиальные петлевые монополи // Письма в ЖЭТФ.- 1987.- Т.45, Л Í.- С.3-5.

5. Овидько И.А., Романов А.Е. Топологические возбуждения в конденсированных средах с большим числом дефектов // Известия ВУЗов. Физика.- 1987.- № 12.- С.84-85.

6. Овидько И.А. Коллективные свойства ансамблей дисклинаций в металлических стеклах // Физ.Хим.Стекда.- 1988,- T.I4, № 2.-С.305-307.

7. Овидько Й.А. Геометрия дисклинаций в аморфных металлических сплавах и границах зерен // Дисклинации и ротационная деформация твердых тел. Л.: ФТИ.- 1988.- C.2I6-220. '

8. Овидько И.А. Топологические заряды диссипативных структур // Известия ВУЗов. Физика.- 1988,- № 4.-0^1-95.

Ovid'xo I.A. Icosakedial. order, d¡&cl'mdt¡oni, dislocations and plastic defoxmo-lion in metallic g/cuses // Philo*. Мац. 8. - -VS4 , N -P. " 534,

10. OvidVo I.A. .Pohjkíibe^'Selination eMt"8leí , <W sbucfute Of gtain 6ov.n«<e*¡»»// njji.SM.S.I.fO.-JSeS.-V. 15^*1. - P. K7 - К V OvidVo Г. A'. Seilten» col«l«íí deftcts ;n icoíahtcíral

iU«iiti#iteh //Ztn. Phyi.B.- 148 *.'-V.rr,M i. - P. 40$ - Hll.

2. Овидько Й.А. Дефекты и пластические свойства аморфных металлических сплавов (металличёоких стекой) // Металлофизика.- I989.-T.II, Ä 2.- С.35-40. ' ;

3. Владимиров В,И., Овидько И.А. Термодинамический критерий устойчи-

вости дефектных структур в пластически деформируемых твердых телах //. ФТТ.- 1989.- Т. 31, Á 4. - С. 259-260.. í¡l. P«*ioJic veTieíion'. of defect situtfutes indefoxmtd crystals/ B.K.QonaKKtin, S.A.Ivanov, f .A. OvidW, A.E.Romanov, V. I.VIaeiimitov //

J. M 4; -kSl9S2i.

'S. Овидько И.А. Дисклинации и пластическая деформация в металлических стеклах // ФММ.- 1989,- Т.67, Ä 4.- С.649-654. :6. Овидько И.А. Топологически нетриьиальные нитеподобные и петлевые дефекты с внутренними шаровыми особенностями'в конденсированных ■ 29

средах // УФЖ.- 1989.« Т.34, й 9.- C.I343-I347.

11. Ва*«*Н;н В.К., OMIJ'ko Г.А., Wickcva P. SsneU.t%»h xndlatiOh siudits о/ Jtfici litutiut« iUeW^»»" almoin!urn «(«ting & Afutl. fnsit.A«t-K. Ptjjs. <?ei. Д, -J)|9a

-V.ibZ, ы i/г . -P. Sii-iSM.

28. Овидько И.А. Дефекты исверхпластичность металлических стекол // Физ.Хим.Стекла.- 1989,- T.I5, № 4.- С.636-639.

га. Ovid'ко I.A. Oef«ct ewclu + ion ttla^tJ u-.th

dmotphizntio» pxoecs»«« in defotmerf mtioli //Aiaht.Sti:Foxu.m. • 1990. - V.6Z-64. - P.tll - ?)«.

30. Овидько И. А. Зернограничные дисклинации и аернограничное скольжение //. Металлофизика."- 1990.- Т. 12, й I. - С.81-86. -

31. Овидько И.А. Об аморфизации деформируемых металлов // Письма в

ЖГФ.- 1990.- ТЛ6, '* 13.- СЛ-4. . :.

32. OviJVo 1 А. О» e*ti4?J staU of solid» undtt ikaiK-y/^

de/otmetioH /i'Matit.Sci. Eng. A. - 1»90.-/.128А -p. Lff-L>. 31. OviciVo I.A, Topological tlidtj.e< of co«figuaaiions

ai\ct oxdet pai*r*tiex coKfiguiaiiont Mexophait Syifoms//

J-Pkft. А. JL.-P. 31-ЦО. •

1ч. Ovid'K« I.A. bifeefs «bJ «»oxphitaHon ptoteitei >» plastically defo-im** *eials S J. Phyi. D. r mo; - V.2J, ы J .

- р.зегг- bit.

35. OyiM'Ko I.ft. 0r> metl>an>smi for Solisl. itate awot^Msing tionsfoime-tlorii in metallic r*<Htetia|s //-1491:

- V. 24 , " P. 2190 - 2lS5"i :

36. Овидько И.А., Осипов A.B. Расщепление, дисклинаций и. трансформации "кристалл - стекло" при механическсм сплавлении // ФТТ. .■

- 1992.- Т.34, й I.- С.28&-292.

37. GuiKiK M.^a., OyiJКО I,ft, Ои йе tptoiiOrtol effect iii sbotK-

-loacted ftetalt // Maitt.Sci. [nq.ft .-1991-V.iSV;//i,-R LV-tiO.-.,' '38. Ovid'Ke t. A. On ntui mechanism fO-i pfailic f)tiu> in • iJiocx- . loaded iolidj // SKock Co^pzussion о/ Condensed MattevjSil.. AmsUtdar»: Elieviet Sci. Рмв|. -ibbZ. -P 563 -5€6. i<5. Oiipov A.v. , Q\/iclVo I.A. Diffus/pn-inc/uc«<J decay of

disclinations :anel Solid . Haie annot^iaialion; Vi-i; fneckanicall^ alioyeoi materials Ц Afpl. Ptyi:A;-H4Z. -V. S4;// 3,-Р.5П -J13. 40. OviA'leo I.A, Plastic defoliation and rfeca^ 0/ dislocations in c^uusictjjslals // Matet. Sc!. Eng A. - V:1S4 tW i-